CN101132136A - 充放电控制电路和电池设备 - Google Patents

Abstract

一种充放电控制电路和电池设备，当在充放电控制电路和电池设备中在过充电状态或过放电状态下进行脉冲充电时，解决了伪过电流现象反复发生妨碍了充放电控制电路和电池设备的正常工作的问题，因此提供了一种安全的电池设备。这样，提供了一种充放电控制电路和一种电池设备，其结构使得过充电状态下的充电过电流检测和过放电状态下的放电过电流检测无效。

Description

充放电控制电路和电池设备

技术领域

本发明涉及用于控制电池的充放电的充放电控制电路和包括该充放电控制电路的电池设备。

背景技术

目前，各种移动电子设备获得应用。在这种情况下，每个电子设备由内部电池设备操动。电池设备包括充放电电路，其用于检测电池的过度充电或过度放电或过载电流，以控制电池的充放电，由此实现正常工作。来自每个检测电路的检测信号通过延时电路被传送到控制电路。控制电路控制开关元件，其用于控制充放电。延时电路对检测信号进行延时，以便防止错误检测。延时电路通常包括振荡电路和分频电路，并且针对电路规模而提供给各个检测电路(例如，参考JP 2002-176730A)。

下面将描述常规的充放电控制电路和常规的电池设备。图4是示出常规的充放电控制电路和常规的电池设备的示意性框图。

电池设备200包括电池201，其一端连接到外部接头204，另一端通过能够限制电流的开关电路203连接到外部接头205。电池201与充放电控制电路202并联，充放电电路202用于检测电池201的电压和电流，以控制电池201的充放电。用于给电池201充电的充电器301或负载302连接在外部接头204和外部接头205之间。

充放电控制电路202包括过充电检测电路306，其用于当电池201的电压变得等于或大于可充电电压的上限时产生过充电检测信号，过放电检测电路307，其用于当电池201的电压变得小于可充电电压的下限时产生过放电检测信号，过电流检测电路308，其用于当开关电路203的电流变得等于或大于上限电流时产生过电流检测电路，延时电路309，其用于为每个检测信号计算延时，以及逻辑电路305，其用于根据延时电路309确定的检测信号产生用于控制开关电路203的信号。

在过充电状态、过放电状态或过电流状态控制开关电路203断开，由此停止电池201的充电电流或放电电流。

然而，在每个常规的充放电控制电路和常规的电池设备中，当进行脉冲充电的充电器和负载与电池设备互连时，会产生这样的问题：在过充电状态或过放电状态中会重复出现伪过电流状态和释放，妨碍了充放电控制电路和电池设备的正常工作。

例如，当进行间歇式脉冲充电的充电器301和负载302在过放电状态同时连接在外部接头204和205之间时，即使没有放电电流也可能产生伪放电过电流。

图3示出了电池的过放电状态中的伪放电过电流。在过放电状态，放电FET 303响应于逻辑电路305的输出转为OFF，因此没有放电电流。此时，充电电流流过放电FET 303的寄生二极管。在Ton期间，有来自充电器301的充电脉冲，充电电流从充电器301流向电池201，并且接头103处的电压值小于接头102处的电压，差值为寄生二极管的导通电压Vf。在Toff期间，没有来自充电器301的充电脉冲，也就没有放电电流和充电电流，因此接头103处的电压值大于接头102处的电压值，差值为电池电压Vbattery。当较大的电压值变得等于或大于预定值时，过电流检测电路308确定产生了充电过电流，因此发生了伪放电过电流状态。另一方面，因为在有来自充电器301的充电脉冲的期间Ton，充电电流是从充电器301流向电池201的，电池电压变得等于或大于预定值，因此过放电检测电路307确定释放了过放电。通常将过电流延时时间设为较短的时间，以便防止负载短路。因此，当通常使用延时电路时，在用于释放过放电的延时期满之前，又产生了伪放电过电流。这样，很可能不能释放过放电。

在这种状态下，持续充电而不释放放电过电流状态。即使当电池201的电压变得等于或大于上限值时，很可能不能检测到过充电状态。即使在过充电状态的情况中，也会发生同样的问题。因此，可能发生这样的情况：过充电状态和过放电状态没有被合理释放掉，结果导致充放电控制电路和电池设备不能正常工作，从而降低了安全性。

发明内容

本发明是在考虑了上述问题后作出的。本发明的目的是提供一种具有高安全性的充放电控制电路和一种包含该充放电控制电路的电池设备。

根据本发明，为了解决上述问题，提供了一种用于控制电池充放电的充放电控制电路，其包括用于使在电池的过充电状态下来自过电流检测电路的充电过电流检测信号无效的装置，和用于使在电池的过放电状态下来自过电流检测电路的放电过电流检测信号无效的装置。

根据本发明，提供了一种电池设备，其包括电池，用于限制电池的充电电流或放电电流的电流限制电路，以及上述的充放电控制电路。

根据本发明，用于使在电池的过充电状态下来自过电流检测电路的充电过电流检测信号无效的装置，和用于使在电池的过放电状态下来自过电流检测电路的放电过电流检测信号无效的装置被提供给充放电控制电路和包含该充放电控制电路的电池设备，其中该充放电控制电路包括通常用到各个检测电路的延时电路。因此，即使当进行脉冲充电的充电器与电池设备相联，也可以防止过电流的错误检测，所以可能提供具有高安全性的充放电控制电路和包括该充放电控制电路的电池设备。

附图说明

在以下附图中：

图1是示出了充放电控制电路和电池设备的示意性框图。

图2示出了在电池的过充电状态下的伪充电过电流。

图3示出了在电池的过放电状态下的伪放电过电流。

图4是示出了常规的充放电控制电路和常规的电池设备的示意性框图。

图5是示出了根据本发明的实施例的充放电控制电路和电池设备的框图。

具体实施方式

以下将参考附图详细描述本发明的实施例模式。图1是示出了充放电控制电路和电池设备的示意性框图。

电池设备400包括电池201，其一端与外部接头204相联，另一端通过能够限制电流的开关电路203与外部接头205相联。电池201与充放电控制电路402并联，其用于检测电池201的电压和电流，以控制电池201的充放电。用于对电池201进行脉冲充电的充电器301或负载302连接在外部接头204和外部接头205之间。

开关电路203包括FET 303和FET 304，其中FET 303具有充电电流沿正向流动的寄生二极管，FET 304具有放电电流沿正向流动的寄生二极管。

充放电控制电路402输出充电停止信号或放电停止信号，用于在过充电状态、过放电状态或过电流状态的情况下断开开关电路203。当电池201处于正常状态时，充放电控制电路402输出充电使能信号或放电使能信号，用于打开开关电路203。

充放电控制电路402包括与接头101和102相联的过充电检测电路，其用于检测电池201的电压等于或大于可充电电压的上限的过充电状态，与接头101和102相联的过放电检测电路307，其用于检测电池201的电压小于可充电电压的下限的过放电状态，与接头103相联的过电流检测电路408，其用于检测开关电路203的电流等于或大于上限电流的过电流状态，与各个检测电路相联的延时电路309，其用于对每个检测信号进行对应于每个检测时间的延时时间的延时，以及与延时电路309相联的逻辑电路405，其用于基于延时电路输出的检测信号控制开关电路203。

逻辑电路405包括充电过电流错误检测防止装置406，其用于在过充电状态下使充电过电流的检测无效，和放电过电流错误检测防止装置407，其用于在过放电状态下使放电过电流的检测无效。

接着，将描述电池设备400的工作。

当电池201变为过充电状态，过充电检测电路输出过充电检测信号到延时电路309。当过充电检测信号持续预定的时间，延时电路309输出过充电检测信号到逻辑电路405。收到过充电检测信号后，逻辑电路405输出充电停止信号到FET 304。结果，控制FET 304断开，并且FET304的寄生二极管仅通过充电电流，因此停止了充电电流。当电池201变为正常状态，过充电检测电路306输出过充电释放信号到延时电路309。当过充电释放信号持续预定的时间，延时电路309输出过充电释放信号到逻辑电路405。在收到过充电释放信号后，逻辑电路405输出充电使能信号到FET 304。然后，打开FET 304。

当电池201变为过放电状态，过放电检测电路307输出过放电检测信号到延时电路309。当过放电检测信号持续预定的时间，延时电路309输出过放电检测信号到逻辑电路405。在收到过放电检测信号后，逻辑电路405输出放电停止信号到FET 303。结果，控制FET 303断开，并且FET 303的寄生二极管仅通过充电嗲牛，因此停止放电电流。当电池201变为正常状态，过放电检测电路307输出过放电释放电路到延时电路309。当过放电释放信号持续预定的时间，延时电路309输出过放电释放信号到逻辑电路405。在收到过放电释放信号后，逻辑电路405输出充电使能信号到FET 303。然后，打开FET 303。

当充电器301或负载302中发生任何问题并且开关电路203的电流变得等于或大于上限电流时，充放电控制电路402的接头102和接头103之间的电压差变得等于或大于开关电路203的导通电阻预先确定的值。然后，过电流检测电路408输出充电过电流检测信号或放电过电流检测信号到延时电路309。当这些信号持续输出预定的时间时，延时电路309输出这些信号到逻辑电路405。在收到充电过电流检测信号后，逻辑电路405输出充电停止信号到FET 304。在收到放电过电流检测信号后，逻辑电路405输出放电停止信号到FET303。因此，停止了放电电流和充电电流。当开关电路203的电流变为正常状态，过电流检测电路408输出充电过电流释放信号或放电过电流释放信号到延时电路309。当这些信号持续输出预定的时间时，延时电路309输出这些信号到逻辑电路405。在收到这些信号后，逻辑电路405输出释放信号到FET 303和FET304，以打开FET 303和FET 305。

这里，将描述用于对电池201进行脉冲充电的充电器301和负载302同时连接在外部接头204和外部接头205之间的情况。在脉冲充电的情况下，存在Ton期间和Toff期间，在Ton期间有充电脉冲，在Toff期间没有充电脉冲。对于期间Ton施加充电器电压Vcharge。

图2示出了在电池201的过充电状态下的伪充电过电流。

假设电池201处于过充电状态，并且因此通过充放电控制电路402断开了FET 304，以停止充电电流。在Toff期间，充电电流由电池201流向负载302，并且接头103处的电压值大于接头102处的电压值，差值为FET 304的寄生二极管的导通电压Vf。在Ton期间，由于充电器301的电压，充电电流不从电池201流向负载302。因此，FET 304的寄生二极管被反向偏置，所以接头103处的电压值小于接头102处的电压值，差值为从充电器电压Vcharge中减去电池电压Vbattery得到的电压值。

当电压值变得等于或大于预定值时，过电流检测电路408错误地认为产生了充电过电流，即使没有充电电流，然后产生充电过电流检测信号。延时电路309将充电过电流检测信号延时预定的时间，并且输出延时的充电过电流检测信号到逻辑电路405。

此时，逻辑电路405提供的充电过电流错误检测防止装置406确定充电过电流检测信号是在过充电期间产生的检测信号，并使充电过电流检测信号无效。然后，充电过电流错误检测防止装置406输出用于禁止充电过电流检测的信号到过电流检测电路408。

在过充电状态下，禁止充电电流，因此不会产生充电过电流。因此，即使当过电流检测电路408忽略了充电过电流，也不会出现问题。

因此，根据具有上述电路结构的充放电控制电路，即使当进行脉冲充电的充电器与电池设备相联时，可以防止在过充电状态下的充电过电流的错误检测，所以可能提供具有高安全性的充放电控制电路和包括该充放电控制电路的电池设备。

接下来，将描述在过放电状态下防止放电过电流的错误检测的工作。图3示出了在电池的过放电状态下的伪放电过电流。

假设电池201处于过放电状态，并且因此充放电控制电路402断开了FET 303，以停止放电电流。在Ton期间，充电电流从充电器301流向电池201，并且接头103处的电压值小于接头102处的电压值，差值为FET 303的寄生二极管的导通电压Vf。在Toff期间，FET 303的寄生二极管被反向偏置，并且充电电流不从电池201流向负载302。因此，接头103变为通过负载302与电池201相联的状态，所以接头103处的电压值大于接头102处的电压值，差值为电池电压Vbattery。

当较大值的电压值变得等于或大于预定值时，过电流检测电路408错误地认为产生了放电过电流，即使没有放电电流流过，然后产生放电过电流检测信号。延时电路309将放电过电流检测信号延时预定的时间，并且输出延时的放电过电流检测信号到逻辑电路405。

此时，逻辑电路405提供的放电过电流错误检测防止装置407确定放电过电流检测信号是在过放电期间产生的检测信号，并使放电过电流检测信号无效。然后，放电过电流错误检测防止装置406输出用于禁止放电过电流检测的信号到过电流检测电路408。

类似地，在过放电状态下，禁止过放电电流，因此不会产生放电过电流。因此，即使当过电流检测电路408忽略了放电过电流，也不会出现问题。

因此，根据具有上述结构的充放电控制电路，即使当进行脉冲充电的充电器与电池设备相联时，可以防止在过放电状态下的放电过电流的错误检测，所以可能提供具有高安全性的充放电控制电路和包括该充放电控制电路的电池设备。

根据上述实施例模式的描述，构造充电过电流错误检测防止装置406和放电过电流错误检测防止装置407，以使在电池的过充电状态下的充电过电流检测信号和在放电状态下的放电过电流检测信号无效。也可以使用这样的结构，其中充电过电流错误检测防止装置406在过充电状态的情况下输出用于禁止充电过电流检测的信号到过电流检测电路408，放电过电流错误检测防止装置407在过放电状态的情况下输出用于禁止放电过电流检测的信号到过电流检测电路408。

如上所述，即使在每个充放电控制电路包含通常提供给各个检测电路的延时电路和包含该充放电控制电路的电池设备的情况下，可以在过充电状态防止充电过电流的错误检测，在过放电状态防止放电过电流的错误检测。因此，即使当进行脉冲充电的充电器与电池设备相联时，可能提供具有高安全性的充放电控制电路以及包含该充放电控制电路的电池设备。

图5是示出了根据本发明的实施例的充放电控制电路和电池设备的方框图。在这个实施例中，使用高态有效(Hi)状态用于检测。即使当使用低态有效(Lo)状态时，有同样的结论。

当对电池201充电使其电压值等于或大于过充电检测电压值时，过充电检测电路306通过逻辑电路501输出过充电检测信号到延时电路309。在过充电检测延时时间期满后，延时电路309输出过充电检测延时时间信号到逻辑电路502。在收到过充电检测信号和过充电检测延时时间信号后，逻辑电路502输出过充电保护操作信号到FET 304，用于通过逻辑电路504进行充电控制，以断开FET 304。

当将电池201充电至具有等于或小于过放电检测电压值的电压值时，过放电检测电路307通过逻辑电路501输出过放电检测信号到延时电路309。延时电路309经过过放电检测延时时间后输出过放电检测延时时间信号到逻辑电路502。在收到过放电检测信号和过放电检测延时时间信号后，逻辑电路502通过逻辑电路503输出过放电保护操作信号到用于充电控制的FET 303，以断开FET 303。

当到电池的充电电流被充电至具有等于或大于充电过电流值的值时，过电流检测电路408通过逻辑电路505和逻辑电路501输出充电过电流检测信号到延时电路309。延时电路309经过充电过电流检测延时时间后输出充电过电流检测延时时间信号到逻辑电路502。在收到充电过电流检测信号和充电过电流检测延时时间信号后，逻辑电路502通过逻辑电路504输出充电过电流保护操作信号到用于充电控制的FET304，以断开FET 304。

进一步，当来自电池的过放电电流被充电到具有等于或大于放电过电流值时，过电流检测电路408通过逻辑电路506和逻辑电路501输出放电过电流检测信号到延时电路309。延时电路309经过放电过电流检测延时时间后输出放电过电流检测延时时间信号到逻辑电路502。在收到放电过电流检测信号和放电过电流检测延时时间信号后，逻辑电路502通过逻辑电路503输出放电过电流保护操作信号到用于放电控制的FET 303，以断开FET 303。

接下来，将描述在过充电状态下检测充电过电流的情况中的电池设备的操作。在过充电状态下，逻辑电路502同时输出过充电保护操作信号到逻辑电路504和逻辑电路505。逻辑电路505包括NOR电路。当逻辑电路505的至少一个输入端位于高电平时，其输出变为低电平。因此，即使当过电流检测电路408检测到充电过电流并输出充电过电流检测信号到延时电路309时，逻辑电路505使得充电过电流检测信号无效。

也就是说，可以防止在过充电状态下的充电过电流的错误检测。因此，即使当进行脉冲充电的充电器和负载连接到电池设备时，可能提供具有高安全性的充放电控制电路和包括该充放电控制电路的电池设备。

也可以用同样的方式防止过放电状态下的放电过电流的错误检测。因此，即使当进行脉冲充电的充电器和负载与电池设备相联时，可能提供具有高安全性的充放电控制电路和包括该充放电控制电路的电池设备。

Claims (6)

1.一种充放电控制电路，用于根据通过监测电池电压得到的结果控制电流限制电路以控制电池的充放电，包括：

过充电检测电路，用于通过监测电池两端的电压来检测电池的过充电状态；

过放电检测电路，用于通过监测电池两端的电压来检测电池的过放电状态；

过电流检测电路，用于通过监测电流限制电路的两端的电压来检测电池中的充电过电流状态和放电过电流状态的其中之一；

延时电路，用于延时来自过充电检测电路的检测信号，延时来自过放电检测电路的检测信号，以及延时来自过电流检测电路的检测信号，该延时电路被共同提供给过充电检测电路，过放电检测电路和过电流检测电路；以及

逻辑电路，用于根据延时电路输出的检测信号产生用于控制电流限制电路的信号，

其中该充放电控制电路在过充电状态下使充电过电流的检测无效，在过放电状态下使放电过电流的检测无效。

2.权利要求1的充放电控制电路，其中逻辑电路包括：

充电过电流错误检测防止装置，用于在过充电状态下使充电过电流的检测信号无效；以及

放电过电流错误检测防止装置，用于在过放电状态下使放电过电流的检测信号无效。

3.权利要求1的充放电控制电路，其中逻辑电路包括：

充电过电流错误检测防止装置，用于在过充电状态下输出用于禁止充电过电流检测的信号到过电流检测电路；以及

放电过电流错误检测防止装置，用于在过放电状态下输出用于禁止放电过电流检测的信号到过电流检测电路。

4.一种电池设备，包括：

电池；

电流限制电路，用于限制电池的充电电流和放电电流之一；以及

充放电控制电路，用于根据通过监测电池电压得到的结果控制电流限制电路以控制电池的充放电，

其中该充放电控制电路包括：

过充电检测电路，用于通过监测电池两端的电压来检测电池的过充电状态；

过放电检测电路，用于通过监测电池两端的电压来检测电池的过放电状态；

过电流检测电路，用于通过监测电流限制电路两端的电压来检测电池中的充电过电流状态和放电过电流状态的其中之一；

延时电路，用于延时来自过充电检测电路的检测信号，延时来自过放电检测电路的检测信号，以及延时来自过电流检测电路的检测信号，该延时电路被共同提供给过充电检测电路，过放电检测电路和过电流检测电路；以及

逻辑电路，用于根据延时电路输出的检测信号产生用于控制电流限制电路的信号；

其中，在过充电状态下使充电过电流的检测无效，在过放电状态下使放电过电流的检测无效。

5.权利要求4的电池设备，其中逻辑电路包括：

充电过电流错误检测防止装置，用于在过充电状态下使充电过电流的检测信号无效；以及

放电过电流错误检测防止装置，用于在过放电状态下使放电过电流的检测信号无效。

6.权利要求4的电池设备，其中逻辑电路包括：

充电过电流错误检测防止装置，用于在过充电状态下输出用于禁止充电过电流检测的信号到过电流检测电路；以及

放电过电流错误检测防止装置，用于在过放电状态下输出用于禁止放电过电流检测的信号到过电流检测电路。

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